Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 13
Текст из файла (страница 13)
¥. Oε (x) ∩ `1 6= ∅.«¥¤®¢ ⥫ì®, «î¡ ï â®çª x ∈ c0 ï¥âáï â®çª®© ¯à¨ª®á®¢¥¨ï¬®¦¥á⢠`1 ⊂ c0 , â. ¥. [`1 ]τ = c0 . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫ㠧 ¬¥ç ¨ï 1.5.1 ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮ (c0 , ρ) ï¥âáï ¯®¯®«¥¨¥¬¬¥âà¨ç¥áª®£® ¯à®áâà á⢠(`1 , ρ).ρ1.6. à¨æ¨¯ ᦨ¬ îé¨å ®â®¡à ¦¥¨© å ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.6.1.
ãáâì (X, ρ) | ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. â®¡à ¦¥¨¥ f : X → X §ë¢ ¥âáï ᦨ¬ î騬, ¥á«¨ áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® L ∈ [0, 1),³â ª®¥, çâ®´¤«ï «î¡ëå í«¥¬¥â®¢ x, y ∈ X¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ f (x), f (y) ≤ Lρ(x, y).63 ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 1.6.2. ãáâì X | ¥ª®â®à®¥ ¬®¦¥á⢮, ®â®¡à ¦¥¨¥ f : X → X . ®çª x0 ∈ X §ë¢ ¥âáï ¥¯®¤¢¨¦®© ¤«ï®â®¡à ¦¥¨ï f , ¥á«¨ f (x0 ) = x0 . ¥ ® à ¥ ¬ 1.6.1 ( å). ãáâì (X, ρ) | ¯®«®¥ ¬¥âà¨ç¥áª®¥¯à®áâà á⢮, ®â®¡à ¦¥¨¥ f : X → X ï¥âáï ᦨ¬ î騬.
®£¤ ®â®¡à ¦¥¨¥ f ¨¬¥¥â ¥¤¨á⢥ãî ¥¯®¤¢¨¦ãî â®çªã. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ®â®¡à ¦¥¨¥ f ï¥âáï ᦨ¬ î騬 á ª®áâ ⮩ L ∈ [0, 1). ®§ì¬ñ¬ «î¡®© í«¥¬¥â x1 ∈ X ¨®¯à¥¤¥«¨¬ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì xn+1 = f (xn ) ¤«ï «î¡®£® n ∈ N. ®£¤ ¤«ï «î¡ëå m, n ∈ N ¨¬¥¥¬ρ(xn+1 , xn+m ) ≤ Ln ρ(x1 , xm ) ≤ Lnm−1Xρ(xk , xk+1 ) ≤k=1≤ Lnm−1Xk=1Lk−1 ρ(x1 , x2 ) ≤Lnρ(x1 , x2 ).1−L ª ª ª 0 ≤ L < 1, â® Ln → 0 ¯à¨ n → ∞. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï«î¡®£® ε > 0 áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à N (ε), â ª®©, çâ® ¤«ï «î¡®£® n >> N (ε) ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ Ln ρ(x1 , x2 ) < (1 − L)ε. ®£¤ ¤«ï«î¡ëå n > N (ε) ¨ m ∈ N ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ ρ(xn+1 , xn+m ) << ε, çâ® ®§ ç ¥â ä㤠¬¥â «ì®áâì ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⨠{xn }∞n=1¢ ¯®«®¬ ¬¥âà¨ç¥áª®¬ ¯à®áâà á⢥ (X, ρ).
«¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â í«¥¬¥â x0 ∈ X , â ª®©, çâ® ρ(xn , x0 ) → 0 ¯à¨ n → ∞. ®£¤ ¯®«ãç ¥¬³´³´ρ f (x0 ), x0 ≤ ρ f (x0 ), xn +ρ(x0 , xn ) ≤ Lρ(x0 , xn−1 )+ρ(x0 , xn ) → 0¯à¨ n → ∞. â® ®§ ç ¥â, çâ® ρ(f (x0 ), x0 ) = 0, â. ¥. ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮ f (x0 ) = x0 . «¥¤®¢ ⥫ì®, í«¥¬¥â x0 ï¥âáï ¥¯®¤¢¨¦®© â®çª®© ®â®¡à ¦¥¨ï f .®ª ¦¥¬ ¥¤¨á⢥®áâì ¥¯®¤¢¨¦®© â®çª¨ ᦨ¬ î饣® ®â®¡à ¦¥¨ï f . ãáâì í«¥¬¥âë y, z ∈ X ïîâáï ¥¯®¤¢¨¦ë¬¨â®ç³´ª ¬¨ ®â®¡à ¦¥¨ï f . ®£¤ 室¨¬, çâ® ρ(y, z) = ρ f (y), f (z) ≤≤ Lρ(y, z), â. ¥. (1 − L)ρ(y, z) ≤ 0.
ª ª ª 1 − L > 0, â® ¯®«ãç ¥¬ρ(y, z) = 0, â. ¥. y = z . «¥¤®¢ ⥫ì®, ᦨ¬ î饥 ®â®¡à ¦¥¨¥¨¬¥¥â ®¤ã ¥¯®¤¢¨¦ãî â®çªã.64ਬ¥¨¬ ¯à¨æ¨¯ ᦨ¬ îé¨å ®â®¡à ¦¥¨© å ¤«ï ¤®ª § ⥫ìá⢠⥮६ë áãé¥á⢮¢ ¨ï ¨ ¥¤¨á⢥®á⨠à¥è¥¨ï § ¤ ç¨ ®è¨ ¤«ï ®¡ëª®¢¥®£® ¤¨ää¥à¥æ¨ «ì®£® ãà ¢¥¨ï. ¤ ç 1.6.1. ãáâì G ⊂ Rn+1 | ®âªàë⮥ ¬®¦¥á⢮, äãª-æ¨ï f : G → R ¥¯à¥àë¢ , ¯à¨çñ¬ ¤«ï «î¡®£® ª®¬¯ ªâ K ⊂ Gáãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® LK > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡ëå (t, x) ∈ K ¨ (t, y) ∈∈ K ¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |f (t, x) − f (t, y)| ≤ LK |x − y|.
®ª § âì,çâ® ¤«ï «î¡®© â®çª¨ (t0 , x0 ) ∈ G áãé¥áâ¢ã¥â δ0 > 0, â ª®¥, çâ® ¯à®¬¥¦ã⪥ I0 = [t0 − δ0 , t0 + δ0 ] áãé¥áâ¢ã¥â ¥¤¨á⢥®¥ à¥è¥¨¥³´dx(t)§ ¤ ç¨ ®è¨:= f t, x(t) ¤«ï «î¡®£® t ∈ I0 ¨ x(t0 ) = x0 .dt ¥ è ¥ ¨ ¥. «ï «î¡®© â®çª¨ (t0 , x0 ) ∈ G ¢ ᨫ㠮âªàëâ®á⨬®¦¥á⢠G áãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® r0 > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡®© â®çª¨(t, x) ∈ Rn+1 ¢¨¤ |t − t0 | ≤ r0 ¨ |x − x0 | ≤ r0 ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥(t, x) ∈ G. ¯à¥¤¥«¨¬ ª®¬¯ ªânK0 =¯o¯(t, x) ∈ Rn+1 ¯ |t − t0 | ≤ r0 , |x − x0 | ≤ r0 ⊂ G.® ãá«®¢¨î áãé¥áâ¢ã¥â L0 > 0, â ª®¥, çâ® ¤«ï «î¡ëå (t, x) ∈ K0 ¨¢ë¯®«¥® ¥à ¢¥á⢮ |f (t, x) − f (t, y)| ≤ L0 |x − y|.
¯à¥¤¥«¨¬ ç¨á«® M0 = max |f (t, x)|. ãáâì δ0 = min{ Mr +1 , L 1+1 } ≤(t,x)∈K≤ r0 . áᬮâਬ ¬®¦¥á⢮ X0 , á®áâ®ï饥 ¨§ ¢á¥å ¥¯à¥àë¢ëå ®â१ª¥ I0 äãªæ¨© á® § 票ﬨ ¢ Rn , â ª¨¬¨, çâ® ¨å £à 䨪¨ «¥¦ â ¢ ª®¬¯ ªâ¥ K0 . ¥âਪ㠢 ¬®¦¥á⢥ X0 ®¯à¥¤¥«¨¬ ¯®ä®à¬ã«¥ ρ(x, y) = max |x(t) − y(t)|. ®£¤ ¬¥âà¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà áât∈I¢® (X0 , ρ) ï¥âáï ¯®«ë¬. ¥©á⢨⥫ì®, ρ-ä㤠¬¥â «ì®áâìäãªæ¨® «ì®© ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®á⨠{xn } ¨§ X0 à ¢®á¨«ì à ¢®¬¥à®© ä㤠¬¥â «ì®á⨠{xn } ®â१ª¥ I0 .
«¥¤®¢ ⥫ì®, ¢á¨«ã ªà¨â¥à¨ï ®è¨ à ¢®¬¥à®© á室¨¬®á⨠I0 ¯®«ãç ¥¬ à ¢®¬¥àãî á室¨¬®áâì {xn } ª äãªæ¨¨ z ®â१ª¥ I0 , â. ¥. ρ(xn , z) → 0¯à¨ n → ∞. ਠí⮬ äãªæ¨ï z ¡ã¤¥â ¥¯à¥à뢮© I0 ª ª à ¢®¬¥àë© ¯à¥¤¥« ¥¯à¥àë¢ëå, ¥ñ £à 䨪 ¡ã¤¥â «¥¦ âì ¢ K0 ¢á¨«ã § ¬ªãâ®á⨠í⮣® ¬®¦¥á⢠¢ Rn+1 . ª¨¬ ®¡à §®¬, z ∈ X0 ,çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì.¯à¥¤¥«¨¬ ®â®¡à ¦¥¨¥ F : X0 → X0 ¢¨¤ (t, y) ∈ K00000Zt³´F (x) (t) = x0 + f (τ, x(τ )) dτt0650¤«ï «î¡®£® t ∈ I0 .¯³ ¬¥â¨¬,¯ «î¡ëå x ∈ X0 ¨ t ∈ I0 ¢ë¯®«´ çâ® ¤«ï¯¥® ¥à ¢¥á⢮ ¯ F (x) (t) − x0 ¯¯ ≤ δ0 M0 ≤ r0 .
®£¤ ¤«ï «î¡®£®x ∈ X0 £à 䨪 äãªæ¨¨ F (x) «¥¦¨â ¢ K0 , â. ¥. F (x) ∈ X0 ¤«ï «î¡®£®x ∈ X0 . «¥¥ ¤«ï «î¡ëå x, y ∈ X0 ¯®«ãç ¥¬ ¥à ¢¥á⢮³´ρ F (x), F (y) ≤ δ0 L0 ρ(x, y),¯à¨çñ¬ 0 ≤ δ0 L0 < 1. «¥¤®¢ ⥫ì®, ®â®¡à ¦¥¨¥ F ï¥âáï ᦨ¬ î騬 á ª®áâ ⮩ δ0 L0 . ®£¤ ¢ á¨«ã ¯à¨æ¨¯ ᦨ¬ îé¨å ®â®¡à ¦¥¨© å áãé¥áâ¢ã¥â ¥¤¨á⢥ ï ¥¯®¤¢¨¦ ï â®çª x̂ ∈∈ X0 ®â®¡à ¦¥¨ï F . ᨫ㠥¯à¥à뢮á⨠äãªæ¨¨ x̂ ®â१ª¥RtI0 ¨ à ¢¥á⢠x̂(t) = x0 + f (τ, x̂(τ )) dτ ¤«ï «î¡®£® t ∈ I0 ¯®«ãç t0¥¬, çâ® äãªæ¨ï x̂ ï¥âáï ¥¯à¥à뢮 ¤¨ää¥à¥æ¨à㥬®© I´0 ,³x̂(t)¯à¨çñ¬ ¤«ï «î¡®£® t ∈ I0 ¢ë¯®«¥® à ¢¥á⢮= f t, x̂(t) .dt ª ª ª x̂(t0 ) = x0 , â® ¯®«ãç ¥¬, çâ® äãªæ¨ï x̂ ï¥âáï à¥è¥¨¥¬ à áᬠâਢ ¥¬®© § ¤ ç¨ ®è¨. ᫨ ¦¥ x ∈ X0 â ª¦¥ ï¥âáïà¥è¥¨¥¬ § ¤ ç¨ ®è¨, â® ¤«ï «î¡®£® t ∈ I0 ¯® ä®à¬ã«¥ ìîâ® |¥©¡¨æ ¯®«ãç ¥¬Ztx(t) = x0 +t0³´dx(τ )dτ = F (x) (t),dτâ. ¥.
x = F (x). ª¨¬ ®¡à §®¬, x ï¥âáï ¥¯®¤¢¨¦®© â®çª®© ®â®¡à ¦¥¨ï F , çâ® ®§ ç ¥â x = x̂ ¢ ᨫ㠥¤¨á⢥®á⨠¥¯®¤¢¨¦®©â®çª¨ ®â®¡à ¦¥¨ï F .66« ¢ 2®¬¯ ªâë¥ ¬®¦¥á⢠¢ ⮯®«®£¨ç¥áª¨å¨ ¬¥âà¨ç¥áª¨å ¯à®áâà á⢠å2.1. ®¬¯ ªâë¥ ¬®¦¥á⢠¢ ⮯®«®£¨ç¥áª¨å¯à®áâà áâ¢ å ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 2.1.1.
ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X . âªàëâë¬ ¯®ªàë⨥¬S ¯ ¬®¦¥á⢠no¯§ë¢ ¥âáï ᥬ¥©á⢮ τ -®âªàëâëå ¬®¦¥á⢠Vα ¯ α ∈ A (§¤¥áì A| ¥ª®â®à®¥¬®¦¥á⢮ ¨¤¥ªá®¢), â ª®¥, çâ® ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥SS⊂Vα .α∈A ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 2.1.2. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮. ®¦¥á⢮ S ⊂ X §ë¢ ¥âáï1) ª®¬¯ ªâë¬, ¥á«¨ «î¡®¥ ®âªàë⮥ ¯®ªàë⨥ ¬®¦¥á⢠S ᮤ¥à¦¨â ª®¥ç®¥ ¯®¤¯®ªàë⨥;2) áçñâ®-ª®¬¯ ªâë¬, ¥á«¨ «î¡®¥ áçñ⮥ ®âªàë⮥ ¯®ªàë⨥¬®¦¥á⢠S ᮤ¥à¦¨â ª®¥ç®¥ ¯®¤¯®ªàë⨥;3) ᥪ¢¥æ¨ «ì® ª®¬¯ ªâë¬, ¥á«¨ «î¡ ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâìí«¥¬¥â®¢ ¬®¦¥á⢠S ᮤ¥à¦¨â ¯®¤¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì, á室ïéãîáï ¯® ⮯®«®£¨¨ τ ª ¥ª®â®à®¬ã í«¥¬¥âã ¨§ S . â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 2.1.1. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X ï¥âáï ª®¬¯ ªâë¬.
®£¤ ¬®¦¥á⢮S ï¥âáï áçñâ®-ª®¬¯ ªâë¬. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. à §ã á«¥¤ã¥â ¨§ ®¯à¥¤¥«¥¨ï 2.1.2. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 2.1.2. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X ï¥âáï ᥪ¢¥æ¨ «ì® ª®¬¯ ªâë¬.®£¤ ¬®¦¥á⢮ S ï¥âáï áçñâ®-ª®¬¯ ªâë¬. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ®â ¯à®â¨¢®£®, çâ® S ¥ ï¥âáï áçñâ®-ª®¬¯ ªâë¬.
®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â áçñ⮥®âªàë⮥ ¯®ªàë⨥ P = {Vk }∞k=1 ¬®¦¥á⢠S , ¥ ¨¬¥î饥 ª®¥ç®£® ¯®¤¯®ªàëâ¨ï. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£® n ∈ N áãé¥áâ¢ã¥â67nSxn ∈ S ,â ª®¥, çâ® xn 6∈Vk . ᨫã ᥪ¢¥æ¨ «ì®© ª®¬¯ ªâk=1®á⨠¬®¦¥á⢠S ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞n=1 ¨¬¥¥â á室ïéãîáïτ¯®¤¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì {xn }∞ªâ®çª¥x∈S , â. ¥. xn → x0 ¯à¨0m=1m → ∞. ª ª ª P ï¥âáï ¯®ªàë⨥¬ ¬®¦¥á⢠S , â® áãé¥áâ¢ã¥â®¬¥à k0 ∈ N, â ª®©, çâ® x0 ∈ Vk . ®£¤ áãé¥áâ¢ã¥â ®¬¥à m0 ∈ N,â ª®©, çâ® ¤«ï ¢á¥å m ≥ m0 ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ xn ∈ Vk .
ªª ª nm → ∞ ¯à¨ m → ∞, â® nm ≥ k0 ¯à¨ ¢á¥å ¤®áâ â®ç® ¡®«ìè¨å m ≥ m0 . ® ⮣¤ ¯à¨ ¢á¥å â ª¨å m ¢ë¯®«¥® á®®â®è¥¨¥nSxn 6∈Vk ⊃ Vk , â. ¥. xn 6∈ Vk . ®«ã稫¨ ¯à®â¨¢®à¥ç¨¥.mm0m0mmk=10m0 ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 2.1.3. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X . ®çª x ∈ X §ë¢ ¥âáï ¯à¥¤¥«ì®©â®çª®© ¬®¦¥á⢠S , ¥á«¨ ¢ «î¡®© ¥ñ ®ªà¥áâ®á⨠©¤¥âáï â®çª ¬®¦¥á⢠S , ®â«¨ç ï ®â x, â. ¥. ¤«ï «î¡®© ®ªà¥áâ®á⨠U (x) ∈ τâ®çª¨ x áãé¥áâ¢ã¥â y ∈ U (x) ∩ S , â ª®©, çâ® y 6= x. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 2.1.3. ãáâì (X, τ ) | ⮯®«®£¨ç¥áª®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ S ⊂ X ï¥âáï ª®¬¯ ªâë¬, ¨«¨ áçñâ®-ª®¬¯ ªâë¬, ¨«¨ ᥪ¢¥æ¨ «ì® ª®¬¯ ªâë¬.
®£¤ «î¡®¥ ¡¥áª®¥ç®¥¯®¤¬®¦¥á⢮ E ⊂ S ¨¬¥¥â ¢ S ¯à¥¤¥«ìãî â®çªã. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ᨫã ã⢥ত¥¨© 2.1.1 ¨ 2.1.2 ¤®áâ â®ç® ¯à®¢¥à¨âì íâ® ã⢥ত¥¨¥ ¤«ï áçñâ®-ª®¬¯ ªâ®£® ¬®¦¥á⢠S . â ª, ¯ãáâì ¬®¦¥á⢮ S áçñâ®-ª®¬¯ ªâ®. ®ª ¦¥¬, çâ® «î¡®¥ ¡¥áª®¥ç®¥ ¯®¤¬®¦¥á⢮ E ⊂ S ¨¬¥¥â ¢ S ¯à¥¤¥«ìãî â®çªã. ।¯®«®¦¨¬, à áá㦤 ï ®â ¯à®â¨¢®£®, çâ® ¨ ®¤ â®çª ¨§S ¥ ï¥âáï ¯à¥¤¥«ì®© ¤«ï ¬®¦¥á⢠E . ᨫ㠡¥áª®¥ç®á⨠¬®¦¥á⢠E cãé¥áâ¢ã¥â áçñ⮥ ¯®¤¬®¦¥á⢮ E1 ⊂ E , ª®â®à®¥, ®ç¥¢¨¤®, â ª¦¥ «¨è¥® ¯à¥¤¥«ìëå â®ç¥ª ¢ S . «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï «î¡®£®x ∈ ´S áãé¥áâ¢ã¥â ¥£® ®ªà¥áâ®áâì U (x) ∈ τ , â ª ï,³çâ® E1 ∩ U (x)\{x} = ∅.
®£¤ ¤«ï «î¡®£® x ∈ S\E1 㪠§ ﮪà¥áâ®áâì U (x) ∈ τ 㤮¢«¥â¢®àï¥â ãá«®¢¨î ES1 ∩ U (x) = ∅, â. ¥.S ∩ U (x) ⊂ S\E1 . ¯à¥¤¥«¨¬ ¬®¦¥á⢮ V =U (x). ® ®¯à¥x∈S\E1¤¥«¥¨î 1.1.1 ¬®¦¥á⢮ V ï¥âáï τ -®âªàëâë¬.ਠ´í⮬ á¯à S ³¢¥¤«¨¢® á®®â®è¥¨¥ S\E1 ⊂ S ∩ V =S ∩ U (x) ⊂ S\E1 .«¥¤®¢ ⥫ì®, á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮68x∈S\E1S ∩ V = S\E1 .¯à¥¤¥«¨¬áçñ⮥ ®âªàë⮥ ¯®ªàë⨥ P ¬®¦¥á⢠S á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬: P == { V , U (x) | x ∈ E1 }. ® ¯®áâ஥¨î 㤠«¥¨¥ ¨§ P «î¡®£® ¥£®í«¥¬¥â U (x) ¤«ï x ∈ E1 ¯à¨¢¥¤ñâ ª ⮬ã, çâ® ®á⠢訩áï ¡®à®âªàëâëå ¬®¦¥á⢠¯¥à¥á⠥⠡ëâì ¯®ªàë⨥¬ S .